龙口市环境卫生管理处 山东龙口 265700
摘要：土工试验是工程地质勘察工作的一个重要环节,它为工程设计和工程地质勘察中研究土体变形机理及工程地质性质提供可靠的土的物理、力学性质指标.土的密度是土的基本物理性质指标之一.
关键词：土工试验；土密度试验；技术改善策略
1导言
土工试验中,对于一般细粒土的密度试验普遍采用环刀法,它是测定土密度的基本方法.该试验须进行二次平行测定,其差值不得大于0.03g/cm3,结果取二次测定的平均值.试验所用的环刀规格一般为:内径为61.8mm,高度为20mm,即试样的截面积和体积分别为30cm2和60cm3,在称土质量时须准确至0.01g,结果计算至0.01g/cm3,其计算公式为ρ0=m0/v,式中:ρ0—土的天然密度,m0-湿土的质量,v-土的体积.可见,土的密度是指土的单位体积的质量,测定时首先要制备好试样称得土的质量,然后根据计算式除以环刀的容积(土的体积)从而得到土的密度.因此,在停电时或在野外现场试验时给测定带来不便;尤其对于不均匀土质,两次平行测定往往会超过0.03g/cm3,但在称土质量时又难以直观判断是否超差,影响了试验的准确性和可靠性.
2土工试验综合分析的必要性
土是地壳表层的岩石风化后产生的松散堆积物,它具有三个特性:(1)土是散性材料,不是连续的固体,因此,在一定程度上具有流动性;(2)土是三相体,是由颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)所组成的三相体系,不是由单一材料构成;(3)土是自然地质的历史产物,非人工制造产物,基于此,土具有不同于其它建筑材料的特征。一般的建筑材料可由设计人员指定品种和型号,品种、型号一但确定,力学性质参数也随之确定,土则不同,建(构)筑物是以天然土层作为地基,拟建场地是什么土,设计人员就以该种土作为设计对象。由于土是自然地质历史产物,各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大,土的三相间的数量比例不尽相同,而且土粒与其周围的水分交叉发生了复杂的物理和化学作用,因此,造成了土的物理性质的复杂性。土的物理性质又在一定程度上决定了它的力学性质,不同地区的土,又有不同的变化。土的物理性质、力学性质,相对于其它材料来说,是比较复杂的,如土的应力—应变关系是非线性的,土的变形在卸荷后一般能完全恢复,土的强度也不是一成不变的,土对扰动还特别敏感等等。那么,通过室内试验测出的土的性质,就存在一个是否准确的问题。如何确定数据的准确性,以及各个指标存在哪些必然的联系,对于从事土工试验的人员有很大的指导意义。因此,有必要对土工试验的成果,相关的指标放在一起进行分析,从中找出一些共性的特征。
3土密度试验方法的研制过程
3.1计算确定各砝码的质量
标有1.6字样的砝码的质量+平衡砝码的质量=稳环砝码的质量+恒重环刀的质量+95.700g,因此,标有1.6字样的砝码的质量=稳环砝码的质量+恒重环刀的质量+95.700g-平衡砝码的质量,1.7砝码的质量=1.6砝码的质量+6.000g,依次类推,然后准确铸造出一个稳环砝码、一个平衡砝码、五个数字砝码,并在各个数字砝码上分别标上1.6、1.7、1.8、1.9、2.0的字样,使每个所对应的密度值分别为1.6～2.0g/cm3,以确定土密度的十分位前的数值.
3.2土密度百分位的确定
把天平指数旋盘分成十格,每格0.6g,依次标上0～9十个数字,使每格所对应的密度值分别为0.00～0.09g/cm3,这样土密度的百分位就确定了( ),研制也就全部完成.测定时先将稳环砝码和平衡砝码分别固放在天平的左、右盘上,把制备好的试样环刀置于稳环砝码上,然后选择一个适当的数字砝码置右盘的平衡砝码上,再稍转一下指数字旋盘至天平平衡就可直接读得试验结果.例如,土质量为116.5克的试样,只要置1.9的数字砝码于平衡砝码上,再稍转一下指数转盘使天平平衡,此时,指数线指向百分位数字4,就直接得到了该试样的密度值为1.94g/cm3(1.9+0.04).
4试验主要存在问题
4.1含水率试验:含水率是土的基本物性指标之一,也是工程施工质量控制的依据。《规程》和《标准》中首推的方法是烘干法,《规程》定义是:试样保持温度105℃～110℃的烘箱中烘到恒量时所失去的水质量和达到恒量后干土质量的比值;《标准》是试样在保持105℃～110℃的烘箱中烘到恒量。通过大量试验发现1)烘至恒量,这是一个模糊概念,也是比较难操作的。笔者认为恒量是个准确的值,也就是烘干试样前后两次称量差值小于0.01g(精度要求)为恒量;2)规程》和《标准》给出的试样较多的是细粒土,但对粗粒土含水率测试则没有说明。通过大量试验,发现酒精燃烧法对粗粒土是一种较好的测试含水率方法。表1是笔者对细粒土、粗粒土进行烘干法和酒精燃烧法的试验结果任意抽取两组数据。
从表中看出对于粘性土,烘干法和酒精燃烧法平行差满足要求,但酒精燃烧法更合适,时间短、结果准确,烘干法需长时间烘烤,否则引起较大误差;对于粗粒土(较松散的颗粒),烘干法和酒精燃烧法的精度相差不大,但烘干法时间较长,不经济。
4.2液塑限试验:目前液塑限试验用的较多的是数显液塑限联合测定仪。在实验中发现:1)《规程》和《标准》对调拌均匀的土样怎样密实地填入试样杯中,也就是说密实的方式没有具体的说明,但密实方式不同测试结果有明显的不同;2)同一杯试样测定需要几个测点,《规程》在圆锥下沉深度与含水率关系图中显示只有3个测点,《标准》则给出应不少于3点,但试验表明多个测点与3个测点以及测点布置方式不同,测试数据相差较大;3)土样在制备过程,是同一试样不同含水量采用多次加水调匀测试还是土样分成3份,分别放入3个盛土皿中加入不同数量的水调匀测试,《规程》采用的是后者,《标准》采用的是前者;4)数据处理中《标准》和《规程》均是在圆锥下沉深度与含水率关系图在B线上查的下沉深度分别为17mm和2mm所对应的含水率分别为液限和塑限,这种方法精度较低,补做实验量大,因为下沉深度为2mm处查的相应两个含水率的差值大于等于2%时,要补做试验,关于液塑限试验数据处理的方法。表2为液塑限不同方式下试验结果。
从表2中看出不同的密实方式,不同的测点,不同调匀试样结果差异,分析如下:第一,不同的密实方式,密实均匀度和密实度差异,导致圆锥下沉深度不同;第二,三测点距杯圆心均匀布置下沉深度差异小;多测点布置引起相邻测点间由于杯内土密挤使试样密实度增大,下沉深度降低;第三,方法三测点测试精度高,不补做试验。第四,同一试样采用三次加水调匀测试与土样分三份分别加水调匀测试相比,前者易于把三次下沉深度差距拉大,提高试验精度。
5结语
土工试验是工程地质的一项基础性工作,土工试验是岩土工程勘察的重要工作内容,在土工试验室进行测试工作,可以取得土和岩石的物理和力学性质指标,以供设计计算时使用于不同的建筑工程场地。
参考文献
[1]陈延峰.土工试验常见问题分析[J].林业科技情参考文献报,2016,(03):114-116+120.
[2]郭梅,张强骅.土工试验中产生误差的原因分析[J].中国煤炭地质,2011,(12):32-34.
[3]张敏妮.浅析土工试验中常见的问题及解决方法[J].技术与市场,2011,(02):18-19.
[4]李健.土工试验中应注意的问题与试验成果的综合分析[J].资源环境与工程,2008,(S1):218-220.
论文作者:曹杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/12
标签：砝码论文; 试样论文; 土工论文; 密度论文; 密实论文; 质量论文; 恒量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;